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Rami 4.0 in der Praxis

Vom Modell in den Reinraum

Rami 4.0, also das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 der Plattform Industrie 4.0, soll Anwendern durch seine standardisierte Struktur bei ihren Industrie 4.0-Projekten Orientierung bieten. Die Infineon Technologies AG stellt selbst Produkte für die smarte Fabrik her und engagiert sich in der Plattform Industrie 4.0. Vor diesem Hintergrund hat der Halbleiterhersteller das Referenzarchitekturmodell auf die eigene Fertigung angewendet und die Ergebnisse diskutiert.




Aufbau des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0. Markiert ist die Ebene ‚Produktion‘, die im Fokus des Projektes bei Infineon stand. Bild: ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie e. V.

Industrie 4.0 steht für die Digitalisierung der Fertigungstechnik und Fabrikorganisation mit Schwerpunkten auf intelligenten Maschinen und der Verknüpfung von digitalen und realen Inhalten in Cyber-physischen Systemen. Die Plattform Industrie 4.0 wurde von den Verbänden Bitkom, VDMA und ZVEI gegründet und unterstützt die vierte industrielle Revolution durch die Entwicklung von Handlungsempfehlungen und Rahmenbedingungen.

Schichtenmodell verbindet die Perspektiven

Rami 4.0 wurde in der Arbeitsgruppe 1 der Plattform Industrie 4.0 erarbeitet. Durch ein einfaches Architekturmodell sollen einheitliche Normen und Standards identifiziert und Lücken geschlossen werden. Generell orientiert sich Rami 4.0 am dreidimensionalen Smart Grid Architecture Model (SGAM), welches weltweit anerkannt ist. In der vertikalen Dimension arbeitet das Modell mit Schichten, die – ähnlich wie IT-Strukturen – unterschiedliche Sichtweisen verbinden: beispielsweise Hardware und Assets über Integration und Kommunikation zu Geschäftsprozessen. Die zwei weiteren Dimensionen beschreiben den Produktlebenszyklus und die Funktionalität innerhalb einer Fabrik. Beide Dimensionen greifen die Standards der International Electrotechnical Commission (IEC) auf (IEC62890 sowie IEC62264 / IEC61512). Durch die Nutzung der bestehenden Definitionen sollen Implementationen einfacher werden.

Anbieter und Anwender von Industrie 4.0-Technologie

Der deutsche Halbleiterhersteller Infineon konzentriert sich insbesondere auf die Automobilelektronik, das Energiemanagement und die IT-Sicherheitslösungen. Das Unternehmen ist sowohl Anwender als auch Anbieter von Industrie 4.0-Lösungen. So spielen beispielsweise die Sicherheitschips des Herstellers eine wichtige Rolle in der Machine-to-Machine-Kommunikation. Andererseits setzt der Hightech-Produzent in der digitalisierten Halbleiterfertigung selbst auf Industrie 4.0-Techniken, zum Beispiel autonome Roboter. Aufgrund der großen Bedeutung von Industrie 4.0 für Infineon engagiert sich der Konzern sowohl im Lenkungskreis der Plattform Industrie 4.0, vertreten durch den Vorstandsvorsitzenden Dr. Reinhard Ploss, als auch in mehreren Arbeitsgruppen.

Alternativen zum Modell und bestehende Standards

Der Chiphersteller setzt sich auch intensiv mit internationalen Initiativen auseinander. Die amerikanische Alternative zu Rami 4.0 ist IIRA, die Industrial Internet Reference Architecture. Entwickelt wurde das Modell vom amerikanisch geprägten Industrial Internet Consortium. Der Fokus von IIRA liegt jedoch eher in der Software-Entwicklung. Auf dem chinesischen Markt dominiert das staatliche Made-in-China-2025-Programm, das sich deutlich an Industrie 4.0 orientiert. Für den Produzenten stellte Rami 4.0 das umfassendste und ausgereifteste Modell eines digitalisierten Konzerns dar – mit dem Potenzial, internationaler Standard zu werden. Für Halbleiterhersteller spielen außerdem die bestehenden Semi-Standards des Industriekonsortiums Sematech (Semiconductor Manufacturing Technology) eine wichtige Rolle. Da in der Halbleiterfertigung früh die eigenen Produkte genutzt wurden, zählt die Halbleiterbranche zu den Vorreitern der Digitalisierung von Fabriken. Fast alle Maschinen verfügen über digitale Schnittstellen nach Semi-Standard, über die sich Maschinen steuern und jederzeit auslesen lassen. Die Erkenntnisse aus dieser Praxis und ihre Erfahrungen mit den Semi-Standards bringen die Chiphersteller in die Plattform Industrie 4.0 ein.



Roboter zum Wafer-Handling in der Infineon-Fertigung Dresden. Bild: Infineon Technologies AG

Vom Papier in die Praxis übertragen

Bei der Einordnung der eigenen Fertigungslandschaft in das Referenzarchitekturmodell hat sich der Halbleiterproduzent auf die Dimension des Lebenszyklus auf die Produktion begrenzt (roter Streifen im Bild links). Betrachtet werden die Wafer-Prozessierungen, sogenannte Front-Ends. Da die in der Halbleiterindustrie eingesetzten Maschinen bereits ein hohes Maß an Digitalisierung und Integration aufweisen, erschien dem Unternehmen die Trennung von Station, Control Device und Field Device (Hierarchie-Dimension) und Integration, Kommunikation und Information (Ebenen-Dimension) nicht sinnvoll. Die Maschinen verfügen über diverse Sensorik, überprüfen ihre Fertigungsprozesse selbst und stellen Informationen bereits aggregiert bereit.

In der Anwendung des Modells fasst Infineon diese Ebenen als Black-Box-Equipment zusammen, da sie nur für Halbleiterfertigungs-Maschinenhersteller relevant sind. Aufgrund der Standardisierung der Maschinenschnittstellen durch Sematech sind bei dem Produzenten in der Integrations-, Kommunikations- und Informationsebene bereits viele Standards etabliert. Durch RFID-Tags kann jedes Los in der Produktion eindeutig identifiziert werden. Die Kommunikation zwischen Maschinen und dem Manufacturing Execution System basiert größtenteils auf Semi-Standards. Durch eine hohe horizontale und vertikale Integration sind die Ebenen gut verknüpft und die Produktionsdaten werden direkt in die Logistik-Systeme übertragen.

Mit dem Modell Rami 4.0 können die Prozesse des Halbleiterherstellers strukturiert dargestellt und in kleinere Einheiten aufgeteilt werden. Ein standardisiertes Framework eröffnet die Möglichkeit, mit anderen Unternehmen schnell in eine konstruktive Diskussion einzusteigen, als auch intern Standorte zu vergleichen. Infineon möchte Rami 4.0 künftig nutzen, um mit anderen Unternehmen diesen Dialog über Schnittstellen und Standards zu intensivieren.

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